JP6272131B2 - Optical module - Google Patents
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Description
本発明は、光モジュールに関し、光通信用途の光半導体モジュール用パッケージ内における高周波伝送に関する。 The present invention relates to an optical module, and relates to high-frequency transmission in an optical semiconductor module package for optical communication applications.
近年のインターネット、ＩＰ電話、動画のダウンロードなどの利用拡大により、必要とされる通信容量が急速に高まっており、光ファイバや光通信用機器に搭載される光送受信装置（電気信号と光信号を相互に変換する光電変換器）の需要が拡大している。光送受信装置やそれを構成する部品は、プラガブル（ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）といった言葉で表現されるように、搭載や交換といった観点から扱いやすいように、仕様に基づくモジュール化が急速に進展している。ＸＦＰ（１０ Ｇｉｇａｂｉｔ Ｓｍａｌｌ Ｆｏｒｍ Ｆａｃｔｏｒ Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ： １０ギガビット・イーサネット（登録商標）（１０ＧｂＥ）の着脱モジュールの業界標準規格の一つ）など光送信器モジュールに搭載される光源もモジュール化が進んでおり、ＴＯＳＡ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と呼ばれ、代表的なモジュール形態として、箱型形状のＴＯＳＡモジュール(非特許文献１)が開発されている。同様に、受光素子もモジュール化が進んでおり、ＲＯＳＡ（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と呼ばれている。 With the recent expansion of the use of the Internet, IP telephones, video downloads, etc., the required communication capacity is rapidly increasing. Optical transmission / reception devices (electrical signals and optical signals installed in optical fiber and optical communication equipment) The demand for mutual conversion photoelectric converters is expanding. Optical transmission / reception devices and components constituting them are rapidly being modularized based on specifications so as to be easy to handle from the viewpoint of mounting and replacement, as expressed in terms such as pluggable. Light sources mounted on optical transmitter modules such as XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable: one of the industry standards for 10 Gigabit Ethernet (registered trademark) (10GbE) detachable modules) are also being modularized. This is called (Transmitter Optical Sub-Assembly), and a box-shaped TOSA module (Non-patent Document 1) has been developed as a typical module form. Similarly, the light receiving element is also modularized, and is called ROSA (Receiver Optical Sub-Assembly).
光送受信モジュールの需要は膨らむ一方である。需要の増加に従って、光モジュールの性能を落とすことなく、低コスト化への要求も大きくなっており、毎秒１００ギガビッ伝送用ＴＯＳＡモジュールの研究開発、毎秒４００ギガビットといった超高速化に向けた標準化活動も活発であり、ＴＯＳＡの高性能への要求は活発化の一途である。 The demand for optical transceiver modules is increasing. As demand increases, there is a growing demand for cost reductions without compromising the performance of optical modules. R & D of TOSA modules for 100 gigabit transmission per second and standardization activities for ultra-high speeds of 400 gigabits per second are also underway. The demand for high performance of TOSA is steadily increasing.
ＸＦＰ準拠の箱型ＴＯＳＡの筺体は、焼結セラミックや金属からなっている。図１に典型的な箱型ＴＯＳＡモジュールの外観を示す。筺体は、セラミック部分１０３と、金属部分１０４とを含む。金属台座上の金属部１０４の開口部にセラミック部分１０３を挿設して、筺体を構成する。筺体横に挿入されたセラミック部分の一部であるテラス部分１０１から筺体内部に向けて貫通する変調電気信号給電用配線端子１０２を少なくとも一つ設けた構造になっている。テラス部分１０１には、変調電気信号給電用端子１０２とは別に、ＤＣ給電用配線端子も筺体内部に向けて貫通している。
The box-type TOSA housing conforming to XFP is made of sintered ceramic or metal. FIG. 1 shows the appearance of a typical box-type TOSA module. The housing includes a
図２は、図１で示した箱型ＴＯＳＡモジュールの筐体内部を示す図であり、筺体の金属部１０４を取り除き、筺体内部とともにセラミック部分１０３を示す図である。この筺体内部の構造は、本願発明の一実装形態を構成する。筺体内部の中央には、サブキャリアと呼ばれる薄板２０１が筺体から離れた位置に設置してある。このサブキャリア２０１は、誘電体材料に金属メッキまたは蒸着することにより配線パターンが形成され、レーザダイオード２０２や光変調器２０３、コンデンサー２０４や抵抗２０５などの光半導体デバイスに必要な素子が搭載される。サブキャリア２０１は、キャリア２０６と呼ばれる金属性の小板に載っており、キャリア２０６の下には筺体下部（金属台座）に接するＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｏｌｅｒ、熱電冷却素子）２０７を搭載しており、サブキャリア２０１上の素子で発生した熱を吸熱し、筺体下部より排熱している。省電力化と部品点数削減の観点から、このＴＥＣを用いないＴＯＳＡの開発も行われている。
FIG. 2 is a view showing the inside of the housing of the box-type TOSA module shown in FIG. 1, and is a view showing the
筺体の側面にはレンズ２１８または光取り出し用窓がつき、天板とともに抵抗溶接することなどで光半導体デバイスをパッケージ内に封止する。
A
筺体外部から内部へ貫通している変調電気信号給電用配線２０８とサブキャリア２０１（サブキャリアに形成された配線パターン）とは、従来、ワイヤ状金線２０９やリボン状金線２１０で導通をとっている。
Conventionally, the modulated electric
図４（ｂ）は従来のＴＯＳＡモジュールの変調電気信号給電線２０８を、図１のテラス部分１０１の方向から見た図である。ＧＳＧで示すのは高周波電気信号が通る主線路（主伝送線路）であり、Ｇはグランド線路、Ｓはシグナル（信号）線路である。
FIG. 4B is a view of the modulated electric signal
この方向から見ると、ＧＳＧの部分はいわゆるセラミック部上に形成されたコプレーナ型の伝送線路とみることが可能である。シグナルＳは、図２におけるリボン状金線２１０によって、サブキャリア２０１上の（サブキャリアに形成された配線パターンのうちの）伝送線路２１１に接続され、グランドＧはワイヤ状金線２０９によってサブキャリア２０１上の（サブキャリアに形成された配線パターンのうちの）グランドに接続される。
When viewed from this direction, the GSG portion can be regarded as a coplanar transmission line formed on a so-called ceramic portion. The signal S is connected to the transmission line 211 (of the wiring pattern formed on the subcarrier) on the
ところで、図３に示すように、駆動用ドライバＩＣ３０１の信号やＤＣ電源からの給電（ここでは図示しない）はフレキシブルプリント基板３０２を用いて行われるようになってきた。ここで、フレキシブルプリント基板３０２は、柔軟性があり大きく変形させることが可能なプリント基板であり、俗に、フレキあるいはＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）とも呼ばれる。ＴＯＳＡモジュールの筐体内部への変調用電気信号やＤＣ給電もまたフレキシブル基板３０２を通して行われる。
Incidentally, as shown in FIG. 3, signals from the driver IC 301 for driving and power supply from a DC power source (not shown here) have been performed using a flexible printed
上述した通り、変調用電気信号は駆動用ドライバＩＣ３０１からフレキシブル基板３０２を経てＴＯＳＡ筐体のセラミック部を貫通し、筺体内側の伝送線路２０８、ワイヤ（２０９，２１０）、サブキャリア上の伝送線路２１１を経由して光半導体素子（２０２，２０３）へそしてその先の終端抵抗２０４へと届く。
As described above, the modulation electrical signal passes from the
駆動用ドライバＩＣ３０１は出力インピーダンス５０オームで駆動波形を送出するよう設計されており、したがって終端抵抗２０５も通常５０オームに設定する。こうすることで、駆動ドライバＩＣ３０１と終端抵抗２０５の２者に限っては互いにインピーダンス整合がとれた状態になっている。しかしながら、駆動ドライバＩＣ３０１と終端抵抗２０５の間には、これまで述べてきたように、異種の伝送線路や素子構造のつなぎ合わせが存在するため、それぞれのつなぎ目では、電気的な不連続点は、インピーダンスが５０オームから大きく逸脱した箇所となり得る。
The driver IC 301 for driving is designed to send a driving waveform with an output impedance of 50 ohms, and therefore the
ＸＦＰ準拠のＴＯＳＡ光モジュールの動作周波数は１０ＧＨｚに及び、電気信号は波（マイクロ波）としての振る舞いを強くする。すなわち、インピーダンス整合していない不連続点（反射点）では、そこを起点とする反射波が発生し、この反射波は駆動ドライバＩＣ３０１に向かって進行する。
The operating frequency of the XFP-compliant TOSA optical module extends to 10 GHz, and the electric signal strengthens the behavior as a wave (microwave). That is, at a discontinuous point (reflection point) that is not impedance matched, a reflected wave is generated starting from the discontinuous point, and this reflected wave travels toward the
駆動ドライバＩＣ３０１からの電気信号が、変調電気信号の給電先である光半導体素子（２０２，２０３）に届くまでには、フレキシブル基板３０２、変調電気信号給電用配線２０８、ワイヤ２１０、サブキャリア上の伝送線路２１１を通過する必要がある。そのうち、本願で注目するのは、フレキシブル基板３０２ではなく、ＴＯＳＡモジュールの線路、すなわち、変調電気信号給電用配線２０８の部分である。信号線路は、シグナル（信号）線路Ｓと基準となるグランド線路Ｇから構成される。理想的には、電気信号が、周波数によらず、より少ない共振による、伝送損失や反射損失、が少ないことが求められる。
By the time the electrical signal from the
そういった損失は、本願で着目する変調電気信号給電用配線２０８を中心とする部分で起こりやすく、周波数特性の劣化につながる。
Such a loss is likely to occur in a portion centering on the modulated electric signal
図８は従来のＴＯＳＡモジュールの周波数特性を説明する図である。破線は、ＳパラメータのうちのＳ２１（伝送特性）と呼ばれる成分の絶対値で、図４（ｂ）のＧＳＧに外部から入射した任意の周波数のマイクロ波パワーに対して、内部の光半導体素子（２０２，２０３）へ供給される程度をｄＢ（デシベル）で表示したものである。図８から分かるように、８ＧＨｚ付近、２３．５ＧＨｚ付近で大きく特性が劣化している。 FIG. 8 is a diagram for explaining the frequency characteristics of a conventional TOSA module. A broken line is an absolute value of a component called S21 (transmission characteristics) in the S parameter, and the internal optical semiconductor element (with respect to the microwave power having an arbitrary frequency incident on the GSG in FIG. 202, 203) is expressed in dB (decibel). As can be seen from FIG. 8, the characteristics are greatly degraded in the vicinity of 8 GHz and 23.5 GHz.
一方、実線は、ＳパラメータのうちのＳ１１（反射特性）と呼ばれる成分の絶対値で、図４（ｂ）のＧＳＧに外部から入射した任意の周波数のマイクロ波パワーに対して、入射方向に反射される程度をｄＢ（デシベル）で表示したものである。図８から分かるように、８ＧＨｚ付近、２３．５ＧＨｚ付近で大きく特性が劣化している。 On the other hand, the solid line is the absolute value of the component called S11 (reflection characteristics) of the S parameters, and is reflected in the incident direction with respect to the microwave power of an arbitrary frequency incident on the GSG in FIG. The degree of being displayed is expressed in dB (decibel). As can be seen from FIG. 8, the characteristics are greatly degraded in the vicinity of 8 GHz and 23.5 GHz.
上述のように、従来のＴＯＳＡモジュールは変調電気信号給電用配線に伝送損失や反射損失があり、周波数特性が劣化する問題があった。 As described above, the conventional TOSA module has a transmission loss and a reflection loss in the modulated electric signal power supply wiring, and there is a problem that the frequency characteristics deteriorate.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＴＯＳＡモジュールのような光モジュールの筐体を外側から内側へと貫通する電気信号を伝達する伝送線路（例えば、変調電気信号給電用配線端子１０２から変調電気信号給電用配線へ向かう伝送線路）の特性を向上させ、周波数特性が劣化しない光モジュールを提供することにある。
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a transmission line (for example, a transmission line that transmits an electrical signal penetrating from the outside to the inside of a housing of an optical module such as a TOSA module). Another object of the present invention is to provide an optical module that improves the characteristics of the transmission line from the modulated electrical signal power
このような目的を達成するために、本願発明の第１の態様は、光モジュールである。光モジュールは、開口部を有する金属部及び開口部に挿設された誘電体部を有する筐体とを備える。筐体の外部と内部とを結ぶ線路基板が、誘電体部を貫くように設けられており、線路基板には、高周波電気信号を伝達する第１の伝送線路が設けられている。筐体に内部には、第２の伝送線路及び半導体素子が配設されたサブキャリアと設けられている。第１の伝送線路と第２の伝送線路とは電気的に接続され、第２の伝送線路と半導体素子は電気的に接続されている。第１の伝送線路の長手方向に垂直な方向に対する線路基板の厚さのうち、第１の伝送線路の下部の厚さは、第１の伝送線路の下部以外の厚さに比べて薄く構成されている。 In order to achieve such an object, a first aspect of the present invention is an optical module. The optical module includes a metal part having an opening and a housing having a dielectric part inserted in the opening. A line substrate connecting the outside and the inside of the housing is provided so as to penetrate the dielectric portion, and the line substrate is provided with a first transmission line for transmitting a high-frequency electric signal. The housing is provided with a subcarrier in which a second transmission line and a semiconductor element are disposed. The first transmission line and the second transmission line are electrically connected, and the second transmission line and the semiconductor element are electrically connected. Of the thickness of the line substrate with respect to the direction perpendicular to the longitudinal direction of the first transmission line, the thickness of the lower part of the first transmission line is configured to be thinner than the thickness other than the lower part of the first transmission line. ing.
一実施形態では、線路基板は、誘電体部からなり、第１の伝送線路の下部の線路基板の厚さが薄い部分に対応する筐体の部分は、金属部からなる。また、第１の伝送線路の下部の線路基板の厚さは、高周波電気信号の出力インピーダンスに対してインピーダンス整合する程度に薄く構成される。 In one embodiment, the line substrate is made of a dielectric portion, and the portion of the housing corresponding to the thin portion of the line substrate below the first transmission line is made of a metal portion. Further, the thickness of the line substrate below the first transmission line is configured to be thin enough to match the impedance with respect to the output impedance of the high-frequency electric signal.
一実施形態では、筐体内部の半導体素子は、光半導体素子であり、光半導体素子との間で入出力する光を筐体外部と光学接続する手段が備えられている。 In one embodiment, the semiconductor element inside the housing is an optical semiconductor device, and means for optically connecting light input to and output from the optical semiconductor device to the outside of the housing is provided.
以上説明したように、本発明によれば、光モジュールの筐体を外側から内側へと貫通する電気信号を伝達する伝送線路の特性を向上させ、周波数特性が劣化しない光モジュールを提供することができる。また、本発明によれば、光モジュールの筺体を貫通する伝送線路と筐体内部の伝送線路の伝送特性が向上し、光半導体素子を高効率で駆動でき、品質の高い（急峻な波形の立ち上がり・立下り、ジッタなどの波形乱れ）、光出力波形を得ることできる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical module that improves the characteristics of a transmission line that transmits an electrical signal penetrating the casing of the optical module from the outside to the inside and does not deteriorate the frequency characteristics. it can. Further, according to the present invention, the transmission characteristics of the transmission line penetrating the optical module housing and the transmission line inside the housing are improved, the optical semiconductor element can be driven with high efficiency, and the quality is high (the rise of a steep waveform). -Waveform disturbances such as falling and jitter) and optical output waveforms can be obtained.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の種々の実施形態の説明においては、具体的な数値例を用いるが、本願発明は、このような具体的な数値例に限定されるものではなく、一般性を失うことは他の数値においても実施することもできることは言うまでもない。さらに、以下の種々の実施形態の説明においては、ＴＯＳＡモジュールを例として説明するが、本願発明は、筐体内に発光素子や光変調の他、受光素子をともにパッケージした光モジュールとして実施することができることは言うまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description of various embodiments, specific numerical examples are used. However, the present invention is not limited to such specific numerical examples, and the loss of generality is based on other numerical values. It goes without saying that can also be implemented. Furthermore, in the following description of various embodiments, a TOSA module will be described as an example, but the present invention may be implemented as an optical module in which a light receiving element is packaged together with a light emitting element and light modulation in a housing. Needless to say, you can.
図４（ａ）及び図５は、本願発明の一実施形態に係るＴＯＳＡモジュールの概略構成図である。本実施形態に係るＴＯＳＡモジュールは、セラミック（誘電体）部分５０１と、金属部分５０２とを備える。金属部分５０２は、金属台座５０３上に設けられ、開口部を有している。セラミック部分５０１は、複数の層を積層した構造とすることができ、金属部５０２の開口部に挿入して設けられている。セラミック部分５０１の一部の層（テラス部分）には、フレキシブル基板３０２（図３）との接続用リードピン５０４が形成されている。リードピン５０４の一部は、接続用リードピン５０４が形成された層の面（その上の層と境界面）に金を蒸着して形成された伝送線路（Ｇ，Ｓ，Ｇ）に接続されており、リードピン５０４の他の一部は、セラミック部分５０１に形成された金を蒸着した凹部５０５に接続されている。接続用リードピン５０４が形成された層の面に形成された伝送線路及びは別の層の面に形成された伝送線路、筐体の外部と内部を貫通する伝送線路を構成する。本実施形態において、セラミック部分５０１のうち、接続用リードピン５０４、凹部５０５、伝送線路が形成された部分を線路基板とも言う。
4A and 5 are schematic configuration diagrams of a TOSA module according to an embodiment of the present invention. The TOSA module according to this embodiment includes a ceramic (dielectric)
本実施形態に係るＴＯＳＡモジュールにおいては、セラミック部分５０１の伝送線路が形成された部分のうち、伝送線路（Ｇ，Ｓ，Ｇ）が形成された部分は、伝送線路（Ｇ，Ｓ，Ｇ）の下部の厚み（伝送線路の長手方法に垂直な方向）を薄くしている。従来のＴＯＳＡモージュール（図１）ではセラミック部分であったが、本発明の実施形態では、そこをえぐりとって、金属で置き換えた形となっている。本発明の実施形態では、セラミック部が金属部の開口部に挿設されるように、セラミック部分の厚みを薄くした部分に対応する金属部の開口部の幅（伝送線路の長手方法に垂直な方向の幅）が小さくなっている。
In the TOSA module according to this embodiment, among the portions of the
図５において、グランド線路Ｇ、シグナル線路Ｓ、グランド線路Ｇは高周波電気信号が通る主線路であり、コプレーナ型の伝送線路とみることが可能である。コプレーナ型伝送線路の下部のセラミック誘電体基板（線路基板）の厚さが薄い構造になっている。 In FIG. 5, a ground line G, a signal line S, and a ground line G are main lines through which high-frequency electrical signals pass, and can be regarded as coplanar transmission lines. The ceramic dielectric substrate (line substrate) below the coplanar transmission line is thin.
薄い部分の厚みは例えば３００〜５００μｍであり、これは例えば５０オームにインピーダンス整合が取れるように最適設定される（典型値としては例えば３５０μｍである）。しかしすべてが３５０μｍでは基板としての強度が取れないために、他の部分（コプレーナ型の伝送線路が生成された部分以外の部分）では十分な厚みを持たせる（例えば１，０００μｍ以上である）。 The thickness of the thin portion is, for example, 300 to 500 μm, and is optimally set so that impedance matching can be obtained at, for example, 50 ohms (typically, for example, 350 μm). However, since the strength as a substrate cannot be obtained at all 350 μm, the other portions (portions other than the portion where the coplanar transmission line is generated) have a sufficient thickness (for example, 1,000 μm or more).
図６は、図５のＴＯＳＡモジュールの構造の３次元透視図であり、（ａ）は斜め前方から見た図であり、（ｂ）は斜め後方から見た図である。以下、本実施形態のＴＯＳＡモジュールの構造の効果について以下に説明する。 FIG. 6 is a three-dimensional perspective view of the structure of the TOSA module of FIG. 5, (a) is a view seen from diagonally forward, and (b) is a view seen from diagonally rear. Hereinafter, the effect of the structure of the TOSA module of this embodiment will be described below.
図７及び図８は、３次元電磁界シミュレーションを用いて本実施形態のＴＯＳＡモジュールの構造（図４（ａ））及び従来のＴＯＳＡモジュールの構造（図４（ｂ））の特性を解析した結果をそれぞれした図である。３次元電磁界シミュレーションでは、モデルを構成する物性データ及び構造寸法を厳密に入力し、計算機上に仮想的なマイクロ波伝送構造物を構築する。この仮想的なマイクロ波構造物をメッシュに分割し、そこにマクスウェル方程式を適用し、収束解を得る。数学的には、大規模な未知数を持つ一次元連立方程式を解くことに帰着されるが、電磁場の集中する度合いをメッシュの細かさを適応させることで、現実に起こる現象を精度よく予測・評価できることが特徴である。 7 and 8 show the results of analyzing the characteristics of the structure of the TOSA module of the present embodiment (FIG. 4A) and the structure of the conventional TOSA module (FIG. 4B) using three-dimensional electromagnetic field simulation. FIG. In the three-dimensional electromagnetic field simulation, physical property data and structural dimensions constituting a model are strictly input, and a virtual microwave transmission structure is constructed on a computer. This virtual microwave structure is divided into meshes, and Maxwell's equations are applied thereto to obtain a converged solution. Mathematically, this results in solving a one-dimensional simultaneous equation with a large number of unknowns. By adapting the fineness of the mesh to the degree of concentration of the electromagnetic field, the phenomenon that actually occurs can be accurately predicted and evaluated. It is a feature that can be done.
図７及び図８は、Ｓパラメータの周波数応答特性と呼ばれるもので、上述の３次元電磁界シミュレーションから得られる解である。Ｓパラメータは複素数であり、マイクロ波構造物が入射マイクロ波に対してどのような応答をするか、すなわち、反射か透過かに対する全ての情報を持っている。図７は本実施形態のＴＯＳＡモジュールの構造（図４（ａ））に対するＳパラメータである。破線は、ＳパラメータのうちのＳ２１と呼ばれる成分の絶対値で、図４（ａ）のＧＳＧに外部から入射した任意の周波数のマイクロ波パワーに対して、筐体内部の光半導体素子（２０２，２０３）に供給される程度をｄＢ（デシベル）で表示したものである。Ｓ２１は高ければ高いほど良い。一方、実線は、ＳパラメータのうちのＳ１１と呼ばれる成分の絶対値で、図４（ａ）のＧＳＧに外部から入射した任意の周波数のマイクロ波パワーに対して、入射方向に反射される程度をｄＢ（デシベル）で表示したものである。Ｓ１１は低ければ低いほど良い。図７からわかるように、Ｓ２１、Ｓ１１ともに周波数に対して依存性をもち、周波数が高くなるほど劣化する傾向にある。 7 and 8 are called frequency response characteristics of the S parameter, and are solutions obtained from the above-described three-dimensional electromagnetic field simulation. The S parameter is a complex number and has all the information about how the microwave structure responds to the incident microwave, i.e. whether it is reflected or transmitted. FIG. 7 shows S parameters for the structure of the TOSA module of the present embodiment (FIG. 4A). A broken line is an absolute value of a component called S21 in the S parameter, and the optical semiconductor element (202, 202) inside the housing is opposed to the microwave power of an arbitrary frequency incident on the GSG of FIG. 203) is expressed in dB (decibel). The higher S21, the better. On the other hand, the solid line is the absolute value of the component called S11 in the S parameter, and indicates the degree of reflection in the incident direction with respect to the microwave power of an arbitrary frequency incident on the GSG of FIG. It is displayed in dB (decibel). The lower the S11, the better. As can be seen from FIG. 7, both S21 and S11 have dependency on the frequency and tend to deteriorate as the frequency increases.
この特性の良否を判断するために、従来のＴＯＳＡモジュールの構造（図４（ｂ））に対する同様のＳパラメータ（Ｓ２１，Ｓ１１）の解析結果を図８に示す。図８と比べると、図７は非常になめらかな特性を持つことがわかる。この後で順次示すが、このことは、従来構造では、伝送線路上を高周波が素直に伝搬していないことを示唆している。 In order to judge the quality of this characteristic, the analysis result of the same S parameter (S21, S11) with respect to the structure of the conventional TOSA module (FIG. 4B) is shown in FIG. Compared to FIG. 8, it can be seen that FIG. 7 has very smooth characteristics. As will be shown later, this suggests that in the conventional structure, high-frequency waves are not propagated straight on the transmission line.
従来構造に対する結果（図８）において、特に、一点破線線で囲った領域が、本実施形態野ＴＯＳＡモジュールの構造により改善された結果（図７）と異なる部分である。Ｓパラメータは複素数なので、位相も重要である。図９に本実施形態のＴＯＳＡモジュール構造のＳパラメータの周波数応答特性（図７）に対応する位相を、図１０に従来のＴＯＳＡモジュール構造のＳパラメータの周波数応答特性（図８）に対応する位相をそれぞれ示す。図９及び１０を見ると、８ＧＨｚ付近、２３．５ＧＨｚ付近に顕著な差が見られる。これらの周波数付近では、Ｓ２１絶対値の大きな落ち込み、Ｓ２１，Ｓ１１の各位相の不自然な振る舞いが従来構造には見られるが、本本実施形態（図７、図９）では、Ｓ２１絶対値落ち込みの減少または消失、規則的なＳ１１位相の変化となっている。 In the result of the conventional structure (FIG. 8), the region surrounded by the one-dot broken line is a part different from the result (FIG. 7) improved by the structure of the TOSA module of this embodiment. Since the S parameter is a complex number, the phase is also important. FIG. 9 shows the phase corresponding to the frequency response characteristic (FIG. 7) of the S parameter of the TOSA module structure of this embodiment, and FIG. 10 shows the phase corresponding to the frequency response characteristic (FIG. 8) of the S parameter of the conventional TOSA module structure. Respectively. 9 and 10, there is a remarkable difference near 8 GHz and around 23.5 GHz. In the vicinity of these frequencies, a large drop in the absolute value of S21 and an unnatural behavior of each phase of S21 and S11 are seen in the conventional structure, but in this embodiment (FIGS. 7 and 9), the drop in the absolute value of S21 is observed. Decrease or disappear, regular S11 phase change.
この違いをより理解するために、以下では、高周波伝搬の様子を可視化したもの用いて示す。 In order to better understand this difference, in the following, a visual representation of high-frequency propagation is used.
図１１は、図４（ａ）及び（ｂ）のＴＯＳＡモジュール構造のリードピン側から見た、周波数８．５ＧＨｚにおける電界強度の分布を示す図であり、（ａ）は本実施形態のＴＯＳＡモジュール構造における電界強度の分布を等高線表示した図であり、（ｂ）は従来のＴＯＳＡモジュール構造における電界強度の分布を等高線表示した図である。本実施形態のＴＯＳＡモジュール構造（図１１（ａ））では、等高線が、ＧＳＧ伝送線路付近に集中しているのに対し、従来のＴＯＳＡモジュール構造（図１１（ｂ））では、分布が広い範囲に広がってしまっていることが分かる。つまり、従来のＴＯＳＡモジュール構造は、電界の閉じ込めが悪く、周囲の構造の影響を受けやすい。実際に、この周波数（８．５ＧＨｚ）は、従来のＴＯＳＡモジュール構造では、Ｓ２１の絶対値が大きく劣化し（図８参照）、Ｓ１１の位相（図１０参照）もこの周波数近傍だけ反転してしまっている。 FIG. 11 is a diagram showing a distribution of electric field strength at a frequency of 8.5 GHz as viewed from the lead pin side of the TOSA module structure of FIGS. 4A and 4B, and FIG. 11A is a TOSA module structure of the present embodiment. FIG. 5B is a diagram showing the contour distribution of the electric field strength distribution in FIG. 2, and FIG. 5B is a diagram showing the contour distribution of the electric field strength in the conventional TOSA module structure. In the TOSA module structure of this embodiment (FIG. 11A), the contour lines are concentrated near the GSG transmission line, whereas in the conventional TOSA module structure (FIG. 11B), the distribution is wide. You can see that it has spread. That is, the conventional TOSA module structure has poor electric field confinement and is easily influenced by surrounding structures. Actually, in this frequency (8.5 GHz), in the conventional TOSA module structure, the absolute value of S21 is greatly deteriorated (see FIG. 8), and the phase of S11 (see FIG. 10) is also inverted only in the vicinity of this frequency. ing.
図１２は、図４（ａ）及び（ｂ）のＴＯＳＡモジュール構造のリードピン側から見た、周波数２３．７ＧＨｚにおける電界強度の分布を示す図であり、（ａ）は本実施形態のＴＯＳＡモジュール構造における電界強度の分布を等高線表示した図であり、（ｂ）は従来のＴＯＳＡモジュール構造における電界強度の分布を等高線表示した図である。図１１に観られる傾向と同様の傾向が見て取れる。Ｓパラメータも従来のＴＯＳＡモジュール構造では、不規則な振る舞いするが（図８，１０参照）、本実施形態のＴＯＳＡモジュール構造では改善されている（図７，９参照）ことが分かる。 FIG. 12 is a diagram showing a distribution of electric field strength at a frequency of 23.7 GHz as viewed from the lead pin side of the TOSA module structure of FIGS. 4A and 4B, and FIG. 12A is a TOSA module structure of the present embodiment. FIG. 5B is a diagram showing the contour distribution of the electric field strength distribution in FIG. 2, and FIG. 5B is a diagram showing the contour distribution of the electric field strength in the conventional TOSA module structure. A trend similar to that seen in FIG. 11 can be seen. It can be seen that the S parameter behaves irregularly in the conventional TOSA module structure (see FIGS. 8 and 10), but is improved in the TOSA module structure of the present embodiment (see FIGS. 7 and 9).
以上の実施例から明らかなように、本発明の実施形態に係るＴＯＳＡモジュール構造によれば、伝送線路に沿って高周波電気信号の電界が閉じ込められ、その結果、周囲の構造に影響を与えることも、また影響を受けることもなく、従来のＴＯＳＡモジュール構造で起こっていた、特定の周波数における望ましくない共振状現象や、損失の増大を避けることが可能になる。 As is clear from the above examples, according to the TOSA module structure according to the embodiment of the present invention, the electric field of the high-frequency electrical signal is confined along the transmission line, and as a result, the surrounding structure may be affected. Without being affected, it becomes possible to avoid an undesirable resonance phenomenon at a specific frequency and an increase in loss that have occurred in the conventional TOSA module structure.
なお、上記説明では筐体の一部が金属部分５０２で構成される例を説明してきたが、金属部５０２をセラミックに替えても構わない。
In the above description, an example in which a part of the housing is configured by the
１０１ テラス部分
１０２ 変調電気信号給電用配線端子
１０３ セラミック部分
１０４ 金属部
２０１ サブキャリア（薄板）
２０２ レーザダイオード
２０３ 光変調器
２０４ コンデンサー
２０５ 抵抗
２０６ キャリア（小板）
２０７ 熱電冷却素子（ＴＥＣ）
２０８ 変調電気信号給電用配線
２０９ ワイヤ状金線
２１０ リボン状金線
２１１ 伝送線路
２１８ レンズ
３０１ 駆動用ドライバＩＣ
３０２ フレキシブルプリント基板
５０１ セラミック部分
５０２ 金属部
５０３ 金属台座
５０４ 接続用リードピン
５０５ 溝
５０６ 金属部
DESCRIPTION OF
202
207 Thermoelectric cooling element (TEC)
208 Wire for Modulating Electric
302 Flexible Printed
Claims (3)
前記誘電体部に貫設された、前記筐体の外部と内部とを結ぶ線路基板であり、高周波電気信号を伝達する第１の伝送線路を具備した線路基板と、
前記筐体に内設された、第２の伝送線路及び半導体素子が配設されたサブキャリアと
を備えた光モジュールであって、
前記第１の伝送線路と第２の伝送線路とが電気的に接続され、前記第２の伝送線路と前記半導体素子が電気的に接続され、
前記第１の伝送線路の長手方向に垂直な方向の前記線路基板の厚さであり前記第１の伝送線路の下部の厚さが、前記第１の伝送線路の下部以外の厚さに比べて薄く、前記第１の伝送線路の下部の前記線路基板の厚さは、前記高周波電気信号の出力インピーダンスに対してインピーダンス整合する厚さである、ことを特徴とする光モジュール。 A housing having a metal part having an opening and a dielectric part inserted in the opening;
A line substrate that penetrates the dielectric part and connects the outside and the inside of the housing, and a line substrate that includes a first transmission line that transmits a high-frequency electrical signal;
An optical module including a second transmission line and a subcarrier in which a semiconductor element is disposed;
The first transmission line and the second transmission line are electrically connected, the second transmission line and the semiconductor element are electrically connected,
The thickness of the line substrate in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first transmission line, and the thickness of the lower portion of the first transmission line is larger than the thickness of the first transmission line other than the lower portion. thin rather, the lower the thickness of the line substrate of the first transmission line, said the thickness of the impedance matching the output impedance of the high frequency electric signal, an optical module, characterized in that.
前記第１の伝送線路の下部の前記線路基板の厚さが薄い部分に対応する前記筐体の部分は、前記金属部である、ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。 The line substrate comprises a dielectric part,
2. The optical module according to claim 1, wherein a portion of the housing corresponding to a portion where the thickness of the line substrate below the first transmission line is thin is the metal portion.
前記光半導体素子が出力する光または前記光半導体素子に入力する光を、前記筐体の外部と光学接続する手段を備えた、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。 The semiconductor element is an optical semiconductor element;
The optical module according to claim 1, further comprising means for optically connecting light output from the optical semiconductor element or light input to the optical semiconductor element to the outside of the housing.
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